Polymerisatie is de clustering van eenvoudige chemische verbindingen (dus monomeren) onder vorming van homoplaire bindingen tot polymeren, keten-achtige grote moleculen (=macromoleculen), bijv. ethylenen tot kunstof polyethylenen.

Een polymerisatie verloopt in 4 fasen:

• Initiatie. De reactie, die de kettingreactie en daarmee het vormen van polymeren start (ook als kettinginitiatie of primaire reactie aangeduid).
• Groeirespons. Hier bouwt zich de lengte van de molecuulketen op (ook als synthesereactie, reproductie of propagatiereactie aangeduid)
• Keten-overdracht. De vertakking van de molecuulketen wordt opgebouwd.
• Keten-afbraak: Deze reactie leidt tot afbraak van de kettingreactie (ook als beëindiging aangeduid).

Wanneer radicalen, dat zijn deeltjes, die ongepaarde elektronen bezitten en daarom meestal zeer reactief zijn, reageren, duidt men dat aan radicaalpolymerisatie. Het macromolecuul polystyreen (PS) ontstaat bijvoorbeeld door een radicaalreactie van styreen.